巖溶地區(qū)的沖孔灌注樁施工技術(shù)探討

鄭達(dá)勇

(福州市一建建設(shè)股份有限公司，福建福州 350011)

巖溶地區(qū)地質(zhì)情況、水文構(gòu)造比較復(fù)雜，進(jìn)行工程施工時必須因地制宜，充分考慮好每一個可能影響施工的因素。沖孔灌注樁是利用沖錘的沖擊能量將土層或巖石打碎，利用泥漿循環(huán)出渣達(dá)到進(jìn)尺成孔的目的。沖孔灌注樁承載力較強，具有較好的穩(wěn)定性，常用在地質(zhì)復(fù)雜的樁基礎(chǔ)施工中。但經(jīng)過沖孔樁反復(fù)沖擊后，容易增大孔徑，因此要根據(jù)工程實際情況，采用適宜的方法進(jìn)行施工，保證工程質(zhì)量的同時能夠取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

1 沖孔灌注樁施工

沖孔灌注樁的孔直徑一般可達(dá)到550 mm～2 500 mm，最大直徑2 500 mm，鉆孔深度最大可以達(dá)到100 m，廣泛應(yīng)用在樁基施工中。適用填土層、粉土層、砂土層、碎石土層，以及本文提到的巖溶土層。沖孔灌注樁施工在每種土層施工通常都需要這樣的過程:平整施工場地→制備泥漿(備足)→埋設(shè)護(hù)筒→搭建施工作業(yè)平臺→施工設(shè)備安裝→定位機器→沖孔施工→清孔→檢查樁孔質(zhì)量→向孔中放置鋼筋籠→澆筑混凝土→抬出護(hù)筒→檢查整個樁孔的質(zhì)量。

2 工程實例

2.1 工程簡介

1)簡析:龍巖地區(qū)的巖溶地貌海拔在300 m～900 m之間，不光有類峰林、峰丘、溶斗等還有長達(dá)數(shù)百米的喀斯特地下河。該工程施工地點地形具有典型的巖溶地貌，溶蝕現(xiàn)象主要分布于呈中風(fēng)化狀態(tài)的破碎灰?guī)r⑥41，薄層狀～中薄層狀構(gòu)造，礦物成分以方解石為主。工程設(shè)計為33層(局部為天然地基的2層社區(qū)用房)，上部為框剪結(jié)構(gòu)，地下室為1層～2層的大型小區(qū)住宅樓。工程要求樁端進(jìn)入中風(fēng)化輝綠巖⑥1或中風(fēng)化灰?guī)r⑥4，或破碎灰?guī)r⑥41(應(yīng)穿過溶洞)的深度500 mm，樁徑800 mm～1 600 mm，樁徑1 000 mm單樁豎向承載力特征值為9 990 kN，設(shè)計要求樁孔底部的沉渣厚度不能高于75 mm。

2)施工現(xiàn)場巖溶發(fā)育情況:施工現(xiàn)場屬于峰林巖溶地貌，巖溶發(fā)育狀況比較嚴(yán)重。現(xiàn)場地形總體呈東低西高之勢，部分地段巖面起伏比較大。施工現(xiàn)場巖溶發(fā)育情況如表1所示。

表1 施工現(xiàn)場巖溶發(fā)育情況

2.2 工程現(xiàn)場特點

施工現(xiàn)場的溶洞形態(tài)豐富多樣，附近溶溝和洼地分布較廣，給工程施工帶來比較大的困難。筆者根據(jù)實際現(xiàn)場施工，總結(jié)出沖孔灌注樁施工具有以下特點:1)施工工地的可溶性巖石多為白云質(zhì)灰?guī)r，這類巖石的特點是強度較高，給孔樁形成帶來較大困難。如果直接采用較大沖擊力進(jìn)行鉆孔，很容易將溶層擊斷，后續(xù)的混凝土澆灌工作會很麻煩。2)施工現(xiàn)場巖溶比較發(fā)達(dá)，在鉆孔過程中容易出現(xiàn)漏水或漏漿現(xiàn)象，如果不及時補漿，會導(dǎo)致整個樁孔塌陷，嚴(yán)重時會危及到現(xiàn)場施工人員的人身安全。3)施工現(xiàn)場地下水豐富，鉆孔時容易大量涌出，致使樁孔底部的沉渣很難控制，給沖孔灌注樁施工以及混凝土澆筑工作帶來很大困難。4)現(xiàn)場的溶洞多在基巖頂部發(fā)育成型，若勘探工作不詳細(xì)，很有可能有許多溶洞沒有被發(fā)現(xiàn)。一旦溶洞頂部的厚度不深，則樁孔施工就會存在潛在的安全隱患。

2.3 沖孔灌注樁施工質(zhì)量控制措施

1)施工前期質(zhì)量控制:要想充分保障沖孔灌注樁的施工質(zhì)量，施工前期的工作不容忽視。

a.廣泛收集資料，謹(jǐn)慎施工方案。在施工進(jìn)行前，要在施工現(xiàn)場收集鉆探資料。要采集地下水和巖石進(jìn)行試驗分析，充分掌握地下溶洞的形態(tài)。本工程綜合施工現(xiàn)場的現(xiàn)狀以及施工單位人員的技術(shù)水平制定施工方案，決定主要采用沖擊鉆進(jìn)行灌注樁的施工，同時結(jié)合回轉(zhuǎn)鉆施工工藝。利用沖擊鉆沖擊力大、穿透力強的特點，將其視為主要動力，防止混凝土漏漿。鉆進(jìn)為輔助施工，兩者互相結(jié)合，在應(yīng)付突發(fā)事件上能收到良好的效果。b.試樁。根據(jù)施工現(xiàn)場實際情況和沖孔灌注樁施工要求，沖擊鉆在施工前要進(jìn)行試樁。保證每個技術(shù)人員和施工人員熟悉樁位的地質(zhì)情況和地下巖洞的整體狀態(tài)，便于在施工過程出現(xiàn)問題時及時進(jìn)行解決和處理。c.備足填孔泥漿。施工前要在樁孔附近盡可能多的儲備具有高塑性的粘土泥漿，可在泥漿中加入適量的純堿，防止泥漿出現(xiàn)沉淀。同時注意泥漿的粘稠度要控制好，泥漿過稀對孔壁會造成一定影響，也不利于排放沉渣。而泥漿過于粘稠則會影響鉆孔的速度，不利于工程進(jìn)度的開展。用來填孔的泥漿比重要控制得當(dāng)，使得其發(fā)揮保護(hù)孔壁的作用。d.制定施工安全對策。在沖孔灌注樁施工之前就要成立專門的安全小組，以便全面的對施工過程中可能出現(xiàn)的問題及時進(jìn)行處理。在備足泥漿的同時，也要準(zhǔn)備黃土、水泥等材料，安排技術(shù)人員實時監(jiān)控樁孔中的物質(zhì)的變化情況，并做好記錄。一旦遇到溶洞，及時組織施工人員向樁孔中填補泥漿，避免樁孔塌陷，保障施工作業(yè)人員的安全，同時也保證施工質(zhì)量。

2)樁孔施工的質(zhì)量控制措施。

巖溶地區(qū)的沖孔灌注樁施工避免不了會出現(xiàn)偏孔問題，以下是筆者總結(jié)的幾點防止偏孔的措施:a.鉆機穿越溶洞上方巖層:本工程巖溶地貌發(fā)達(dá)，溶洞頂部的巖層排列不一，強度也不盡一致，那么在沖孔灌注樁施工時極易造成鉆頭卡住或偏孔等問題。因此工程施工時，施工人員將鉆機鉆至溶洞頂端0.5 m上下時要調(diào)小沖擊鉆沖程，防止偏孔或卡鉆。如出現(xiàn)偏孔現(xiàn)象，可在溶洞層上方澆筑素混凝土，24 h后再重新進(jìn)行沖孔?？紤]到本次沖孔灌注工程溶洞上方的巖層主要是卵石層，一旦出現(xiàn)溶洞漏漿，極易發(fā)生塌孔。因此在沖孔之前施工人員在樁孔中埋設(shè)鋼護(hù)筒，目的是保護(hù)卵石層不發(fā)生塌陷，避免出現(xiàn)整個孔的坍塌。另外施工人員時刻觀察樁孔中的水位變化以及泥漿的粘稠度情況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)泥漿的顏色和粘稠度都發(fā)生變化時，說明溶洞頂端已經(jīng)成功被擊穿。b.鉆機穿過溶洞的施工工藝:溶洞頂端巖石被擊穿后，發(fā)現(xiàn)并無偏孔現(xiàn)象即表示已經(jīng)進(jìn)入溶洞內(nèi)部。這個時候要根據(jù)溶洞的大小和填充物分布情況做出相應(yīng)的措施進(jìn)行下一步工作的處理，通常會有兩種情況:溶洞體積較小:一般洞高小于1 m的小型溶洞，洞內(nèi)如果有填充物但裂隙不發(fā)達(dá)時，可加大泥漿的比重，按照正常情況下孔樁的施工方法進(jìn)行。如果洞內(nèi)無填充物，鉆機穿孔內(nèi)水頭出現(xiàn)突然下降現(xiàn)象，則立即采取人工填充，填充物主要采用塊石和黃土進(jìn)行回填，直到漏漿現(xiàn)象停止再重新進(jìn)行沖孔。溶洞體積較大:巖溶地區(qū)地形復(fù)雜多變，當(dāng)然要考慮到施工現(xiàn)場會有較大溶洞的分布。漏漿現(xiàn)象常出現(xiàn)在這種體積較大的溶洞中，漏漿速度快且量大，如果不及時處理會出現(xiàn)坍塌，嚴(yán)重時地面甚至出現(xiàn)整體塌陷。針對這種體積較大的溶洞，可先鉆進(jìn)至溶洞底板，然后采用片石、礫石混合物回填溶洞，混合物回填高度每次以1 m～2 m為宜。每次回填后立即用小沖程擠壓，反復(fù)多次，直到整個溶洞都被填滿后再進(jìn)行下一步的工作。如果施工過程中回填物流失嚴(yán)重，可采用向溶洞頂端0.5 m左右的位置向樁孔中灌入C20細(xì)石水下混凝土或整包水泥填孔，一次幾十包下去，等到混凝土或水泥達(dá)到一定強度后再繼續(xù)鉆進(jìn)工作，時間宜控制在24 h左右。注意這個過程應(yīng)該增加粘土數(shù)量，同時提高泥漿的比重(1.30 g/cm3)。

3)鉆機穿過溶洞底部的施工工藝。

在鉆機穿過溶洞后，繼續(xù)鉆進(jìn)發(fā)現(xiàn)速度明顯比在溶洞內(nèi)進(jìn)行的慢，且纜繩擺動幅度比較大，表示鉆機已達(dá)到溶洞底部。通常溶洞底部的巖石呈臺階狀分布，形態(tài)往往因溶蝕程度不同出現(xiàn)傾斜。因此，鉆機穿過溶洞底部時非常容易造成偏孔現(xiàn)象?？稍阢@機到達(dá)溶洞底部時，將鉆機調(diào)整為小沖程進(jìn)行鉆進(jìn)。施工人員配合隨時檢查樁孔位置。如果發(fā)現(xiàn)偏孔現(xiàn)象，要將鉆頭提起，向孔內(nèi)拋入片石?；靥钇母叨纫云孜恢脼闃?biāo)準(zhǔn)，反復(fù)多次，直到完全將偏孔的位置糾正為止。

4)防止樁孔底部沉渣過多的施工措施。

按照以上施工工藝進(jìn)行施工后，樁孔鉆成后要及時采取安全可靠的清孔措施防止樁孔底部沉渣超標(biāo)。施工措施為采用泥漿泵壓漿正循環(huán)方法將樁孔底部的沉渣及時排出，最好一次性將其清理干凈?；虿捎脤ｉT的清孔設(shè)備對樁孔進(jìn)行清理，時間控制在15 min左右。放置2 h～3 h后再進(jìn)行一次清孔。在鋼筋籠下到樁孔后、澆筑混凝土前要第二次清孔，如此才能滿足施工設(shè)計和工程質(zhì)量要求。

3 結(jié)語

工程進(jìn)行中，大量的樁孔都在施工中碰到了多層巖洞。在采用以上敘述的施工工藝后，沖擊鉆成功的穿越了多層巖洞，施工進(jìn)展非常順利，為整個工程施工進(jìn)度控制節(jié)省了很多時間。經(jīng)過檢驗，除個別樁孔底部略有沉渣，其余大多數(shù)樁孔都滿足施工設(shè)計的要求。本工程用時短、給施工單位帶來了良好的經(jīng)濟(jì)效益，值得深入推廣。

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